ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m...

20
Erhard Huttel ISS/ANKA 1 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an Synchrtronstrahlungsquellen KIT/ANKA 27-28.06.2011 ANKA Aufbau und Betrieb ANKA-Setup ANKA-Operation Future-Projects Radiation-Shielding

Transcript of ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m...

Page 1: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA1 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA Aufbau und Betrieb

ANKA-SetupANKA-OperationFuture-ProjectsRadiation-Shielding

Page 2: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA2 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA-History

1996: Project ApprovedSynchrotronlichtquelle fürMikrofertigung und Analytik

1997-2000: Built up (D.Einfeld, H.Moser)

2000: Beam Stored (D.Einfeld)

2002: Foundation ISS, 1st User-Meeting (M.Hagelstein)

2004: T.Baumbach Head of Institute Nationale Synchrotronlichtquellemittelhart + IR /T Hz

Page 3: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA3 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA-AcceleratorsStorageringEnergy: 2.5 GeVCircumference: 110.4 mEmittance: 50 nmrad2.5 GeV Storagering

Electricity:RF: 400 ( 0) kWMagnets + …: 600 (150) kWCooling: 800 (500) kW

MicrotronEnergy: 50 MeVCurrent: 5 mA

Booster:Energy: 500 MeVCurrent: 4mACircumference: 26.4 mEmittance: 150 nmrad

Page 4: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA4 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA-Injector

Mikrotron

Page 5: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA5 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA-Storagering

2 x 8 Dipoles5 x 8 Quadrupoles3 x 8 Sextupoles4 Cavities

Page 6: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA6 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Components

B: 1.5 TRadius: 5.559 m B’: 18 T/m

Bore: 70 mm

B’’: 500 T/m2Bore: 75 mm

SUL: 74 mm 1.2 TWERA: 100 mm 0.4 TSCU14 14 mm 0.3 T

Page 7: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA7 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Beam-Time-Calendar

Daily scheme: 2 injections per day with 1 h Monthly scheme:2 weeks user operation +

1 week machine physics and special user operation +1 week user operation

Yearly scheme: 4 x (10 weeks of operation 2 weeks shut down)

Page 8: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA8 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Operation-Statistics

4500 h per year

250 h at injection450 h at 1.3 GeV3800 h at 2.5 GeV

3300 h for user operation95% availability

Page 9: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA9 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Beamlines In Operation1. Liga I (mask production) bend IMT2. Liga II (form production) bend IMT3. Liga II (deep penetration) bend IMT4. UVCD (circular dichroism) bend IBG4. XAS (X ray absorption) bend5. PDIFF (powder diffraction) bend6. SUL (absorption + diffraction) wiggler (1T)7. TOPO/TOMO Topography bend8. INE (absorption Nuclear waste disposal) bend INE9. FLUO Fluorescence bend10. SCD (single crystal diffraction) bend11. WERA (soft X ray diffraction) bend IMF12. IR II (infrared) bend13. NANO (diffraction) undulator (15 mm)14. MPI (Surface diffraction) bend MPI15. IR I (Infrared) bend

16. CATACT (catalysis, actinide) wiggler (2.5T) ITC/INE17. Image wiggler (3 T)

Beamlines approved and in design

Page 10: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA10 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Future Projects: FLUTEFerninfrarot Linac und Test-Experiment

Linac based THz Source

In cooperation with PSI

RF-Laser_gun 3 nC, 2 psS-Band-Linac 50 MeVChicane compression to 0.2 ps

2012-2017:Test-facility (in old cyclotron experimental hall)2018-…..Pump source for Pump Probe experiments at Swiss FEL

Page 11: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA11 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Roman Ganter, PSI

Page 12: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA12 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Coherent Synchrotron Radiation: A Powerful THz Source

THz: Between Microwave and InfraredBetween Gyratron (GHz) and Synchrotron (eV)

Frequency: 1 THz ~ 1psWave number: 30 1/cmWave length: 333 µmEnergy. 0.4 meV

Long bunches: incoherent

radiation ~ Nbunch

Short bunches:Bunch length ~ wave length:Coherent radiation ~ N2

bunch

Page 13: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA13 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Electron-Losses

Charge: 0.1 A 0.37 µs = 37 nC

Beam-Energy: 2.5 GeV 37 nC = 92 J

Lost time: 10 h

Power: 92 J / 36000 = 0.025 W

Charge: 3 nC

Beam-Energy: 50 MeV 3 nC = 0.15 J

Lost time (10 Hz):0.1 s

Power: 0.15 J / 0.1 s =1.5 W

ANKA-Operation (without injection and dump)

FLUTE-Operation

Page 14: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA14 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Shielding FLUTE

Loss Beam-Dump (3 nC 50 MeV 10 Hz): 1.5 WLoss Linac (0.4 nC 25 MeV 10 Hz): 0.1 W

Dose rate (beam Dump) 0°:

Dose rate (side wall) 90°:

Shielding (cyclotron): 2 m concreteSource to target: 4 mDose rate (unshielded): 62 µSv/hDose rate (shielded): 0.03 µSv/h

Shielding (cyclotron): 2 m concrete + 0.2 m PbAttenuation: 5 10-5 8 10-5

Source to target: 4 mDose rate (unshielded): 1.4 Sv/hDose rate (shielded): 0.005 µSv/h

Page 15: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA15 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Shielding at ANKA

0.8 m concrete

No tunnel

0.15 m Pb

1 mm Pb

Double shielding at Injection

No tunnel,

Synchrotron Radiation penetrating

vacuum chamber (2mm) above 2 GeV

Shielding of vacuum chamber needed!

Page 16: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA16 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA-Radiation-Monitoring

Offline (Thermo Luminescent) and Online (Ionization chamber)

TLM

Injection

Beam-Dump

Page 17: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA17 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

Radiation Dose

Operation: 3.5 µSv/d

No operation: 2.5 µSv/d

Page 18: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA18 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011

ANKA: Nationale Synchrotron-Strahlungsquellemittelhart + THz/IR

Starke Unterstützung durch lokale Institute

Linac-basierende THz Forschung neuer Schwerpunkte

Strahlenschutz in guter Verfassung

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Wünsche einen gelungenen Workshop

Page 19: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA19 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011 Institute for Synchrotron RadiationFLUTE - ein Beschleunigerprojekt

Layout

HauptkomponentenPhotoinjektor (CTF 3 Typ)Linearbeschleuniger (S-Band) Bunch-Kompressor THz Beamline

Nutzung eines bestehenden Gebäudes

Kooperation mit dem PSI

Endenergie der Elektronen

< 50 MeV

Pulsladung ≤ 3 nCWiederholrate 10-100 HzGenutzte Bandbreite 0.05 - 5 THz

Page 20: ANKA Aufbau und BetriebANKA-Accelerators. Storagering Energy: 2.5 GeV Circumference: 110.4 m Emittance: 50 nmrad 2.5 GeV Storagering Electricity: RF: 400 ( 0) kW Magnets + …: 600

Erhard Huttel ISS/ANKA20 Workshop für Strahlenschutz und allgemeine Sicherheit an SynchrtronstrahlungsquellenKIT/ANKA 27-28.06.2011 Institute for Synchrotron RadiationMainz, 18.11.2010 A.-S. Müller - Coherent THz Radiation in Electron Storage

Rings

TBONE Concept

Ultra-short (5 fs) THz pulses are generated by a linear acceleratorbunch compressorTHz generation arc (coherent synchrotron radiation)

TBONE facilitymulti-user (several beamlines)

broadband coherent THz/mid-IR radiationX-rays from Bremsstrahlung

Add-onsinsertion device test standbeam diagnostics test ports

Gun & Injector

100 MeV Linac

SC Insertion Device Test Stand

Bunch Compressor THz Generation Arc

THz BeamlinesDiagnostics Test Ports

X-rays